劉國興，宋兵，鄂士平

（國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司，武漢430050）

淺析變壓器勵(lì)磁涌流及其判據(jù)

劉國興，宋兵，鄂士平

（國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司，武漢430050）

變壓器在特定情況下產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流，時(shí)常會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，給電力安全生產(chǎn)帶來了重大安全隱患。通過對(duì)勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)以及對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響，進(jìn)行詳細(xì)闡述，并結(jié)合某站現(xiàn)場實(shí)際情況，通過對(duì)保護(hù)判據(jù)的改進(jìn)，使保護(hù)裝置能夠較準(zhǔn)確地區(qū)分變壓器的勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流，提高了保護(hù)的可靠性。

勵(lì)磁涌流;差動(dòng)保護(hù);二次諧波制動(dòng);波形分析制動(dòng)；判據(jù)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.046

1 引言

差動(dòng)保護(hù)一直以來都是電力變壓器的主保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)的基本原理是基于基爾霍夫基本定律得來的，對(duì)于純電路設(shè)備，差動(dòng)保護(hù)無懈可擊，但是，對(duì)于變壓器而言，其內(nèi)部靠磁路聯(lián)系，本質(zhì)上不再滿足基爾霍夫定律，變壓器勵(lì)磁電流成了差動(dòng)保護(hù)不平衡電流的一種來源。在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁回路的電流很小，不會(huì)影響變壓器的差動(dòng)保護(hù)。但是變壓器在空載充電時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生很大的勵(lì)磁電流，一般能達(dá)到額定電流的幾十倍，而且持續(xù)時(shí)間長，使得差動(dòng)保護(hù)誤以為發(fā)生了變壓器內(nèi)部短路故障而跳閘，出現(xiàn)誤動(dòng)作。如何鑒別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流，這成為了變壓器差動(dòng)保護(hù)面對(duì)的主要問題，論文從變壓器差動(dòng)保護(hù)判據(jù)入手，提出了減少保護(hù)誤動(dòng)的措施。

2 勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)

變壓器產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流包含有大量的非周期性分量，一般會(huì)使涌流偏向時(shí)間軸，以及含有大量的高次諧波分量，涌流的大小與很多因素有關(guān)，比如系統(tǒng)電壓，鐵芯的剩磁等，一般來說，涌流衰減的時(shí)間隨著變壓器的容量增大而延長，其近似表達(dá)式為：

當(dāng)Φ＞Φs時(shí)，

當(dāng)Φ＜Φs時(shí),

式中，XL=ωt為合閘回路的基波電抗；Um為正弦交流電壓的最大值，B s、B m、B sy為鐵芯飽和磁通、鐵芯穩(wěn)態(tài)磁通和鐵芯剩磁對(duì)應(yīng)的磁場強(qiáng)度，T；合閘出相角，(°)；Φ為變壓器磁路中的磁通，Wb；Φs為鐵芯飽和磁通，Wb。

變壓器空投電壓恢復(fù)的過程中，由于磁通不能突變，磁通中出現(xiàn)了非周期性的暫態(tài)分量，與鐵芯剩磁一起使變壓器鐵芯飽和，同時(shí)由于電壓是突變的，因而在一個(gè)周波內(nèi)變壓器鐵芯周期性地進(jìn)入飽和區(qū)和退出飽和區(qū)。在一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)進(jìn)入飽和區(qū)，勵(lì)磁電流的瞬時(shí)值很大，對(duì)應(yīng)圖1b中的ωt=θ1～θ2，這就是勵(lì)磁涌流；而退出飽和區(qū)時(shí)，只有正常的勵(lì)磁電流，其瞬時(shí)值很小，對(duì)應(yīng)圖1b中的ωt=0～θ1和ωt=θ2～2π段，所以涌流在一個(gè)周期內(nèi)存在間斷，設(shè)θj為間斷角，則有：θj=θ1+（2π-θ2）。

圖1 勵(lì)磁涌流波形

從以上分析可以發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁涌流有如下的特點(diǎn)：含有很大的非周期分量，偏于時(shí)間軸一側(cè)；含有大量的高次諧波，其中以二次諧波為主；波形之間出現(xiàn)了間斷，涌流峰值越大，間斷角越明顯。

3 勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響

如前所述，縱差動(dòng)保護(hù)的理論基礎(chǔ)是基爾霍夫定律，因此縱差動(dòng)保護(hù)在原理上只能反應(yīng)被保護(hù)對(duì)象的內(nèi)部短路電流，對(duì)于僅包含電路的總差動(dòng)保護(hù)對(duì)象，本身沒有發(fā)生故障時(shí)，不管外部發(fā)生多么嚴(yán)重的故障，恒有：

當(dāng)被保護(hù)對(duì)象發(fā)生內(nèi)部故障，則有

如果你有閱讀期刊版權(quán)頁的習(xí)慣，那么對(duì)于盛通印刷這個(gè)名字一定不會(huì)陌生。起家自期刊印刷業(yè)務(wù)，歷經(jīng)十八年的市場耕耘，北京盛通印刷股份有限公司現(xiàn)已發(fā)展為集教育、文化出版綜合服務(wù)生態(tài)圈為一體的企業(yè)集團(tuán)。作為一家立足于出版物市場，大力布局教育、出版等上下游衍生產(chǎn)業(yè)，開啟多元化發(fā)展戰(zhàn)略，不斷拓展醫(yī)藥包裝、商業(yè)印刷、云印刷數(shù)據(jù)處理及電商平臺(tái)等業(yè)務(wù)市場的企業(yè)，盛通印刷在綠色環(huán)?？沙掷m(xù)印刷方面也一馬當(dāng)先，第一批通過綠色印刷認(rèn)證。我們正在見證，一個(gè)多元化的印刷企業(yè)正在冉冉升起。

式中，Id為流出短路點(diǎn)的短路電流；Ij為保護(hù)的差流。

圖2 變壓器差動(dòng)保護(hù)原理接線圖

從圖2可以看出，變壓器勵(lì)磁支路沒有接電流互感器，即我們在利用KCL電流定律的時(shí)候忽略了勵(lì)磁支路的勵(lì)磁電流，當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁支路的電流很小，只占變壓器額定工作電流的5%左右，不會(huì)影響變壓器差動(dòng)保護(hù)的工作性能。

但是當(dāng)變壓器空載合閘或外部故障切除恢復(fù)供電時(shí)，則將出現(xiàn)很大的勵(lì)磁電流，其值可以與短路電流相比擬，而且持續(xù)時(shí)間很長，這樣大的暫態(tài)電流流入差動(dòng)保護(hù)的回路中，如果不采取一定的措施，必將造成差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。因此，必須在產(chǎn)生勵(lì)磁涌流時(shí)閉鎖差動(dòng)出口來保證差動(dòng)保護(hù)可靠性[1]。

4 現(xiàn)場情況分析

4.1 某站主變壓器調(diào)壓補(bǔ)償變保護(hù)配置

主變壓器調(diào)壓補(bǔ)償變第一套保護(hù)為南自公司生產(chǎn)的SGT756差動(dòng)保護(hù)裝置，第二套保護(hù)為南瑞公司生產(chǎn)的RCS-978C差動(dòng)保護(hù)裝置。第一套保護(hù)SGT756的主保護(hù)是調(diào)壓變差動(dòng)保護(hù)和補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)，第二套保護(hù)RCS-978C的主保護(hù)是穩(wěn)態(tài)比例差動(dòng)保護(hù)和工頻變化量比例差動(dòng)保護(hù)。

該差動(dòng)保護(hù)對(duì)勵(lì)磁涌流的判據(jù)有2種，一是二次諧波制動(dòng)，二是波形分析制動(dòng)，主要原理如下說明。

4.1.1 二次諧波制動(dòng)

利用差流中的二次諧波含量來識(shí)別勵(lì)磁涌流。

式中，I2、I3為差流二次、三次諧波；Id為差流基波；K2、K3為二次、三次諧波制動(dòng)系數(shù)整定值。二次諧波制動(dòng)系數(shù)一般取0.15；三次諧波制動(dòng)系數(shù)一般取0.2。滿足以上條件時(shí)，判斷為勵(lì)磁涌流引起的差流，閉鎖差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)三相中某一相被判別為勵(lì)磁涌流，只閉鎖該相比率差動(dòng)元件[2]。

4.1.2 波形分析制動(dòng)

發(fā)生故障時(shí)，差流基本上是工頻正弦波，波形對(duì)稱。而產(chǎn)生勵(lì)磁涌流時(shí)，有大量的諧波分量存在，波形發(fā)生畸變，間斷，不對(duì)稱。具體方法為將微分后的差流波形的前半周和后半周進(jìn)行對(duì)稱性比較。對(duì)于故障電流式恒對(duì)稱性始終滿足，對(duì)于勵(lì)磁涌流有1/4周波以上的點(diǎn)對(duì)稱性不滿足，這樣可以區(qū)分內(nèi)部故障電流和勵(lì)磁涌流。

4.2 保護(hù)裝置動(dòng)作情況分析

某站對(duì)主變壓器進(jìn)行空充時(shí)，發(fā)生主變充電斷路器跳閘的異常情況，現(xiàn)場對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行了全面檢查和試驗(yàn)后，未發(fā)現(xiàn)有任何問題；現(xiàn)場檢查主變2套保護(hù)差動(dòng)保護(hù)均動(dòng)作正確?，F(xiàn)在結(jié)合故障錄波和勵(lì)磁涌流判據(jù)分別對(duì)1#調(diào)壓補(bǔ)償保護(hù)1（SGT756）和1#調(diào)壓補(bǔ)償保護(hù)2（RCS978C3）進(jìn)行分析。

RCS-978C變壓器保護(hù)裝置采用的是二次諧波分相閉鎖原理，二次諧波閉鎖定制整定為12%。A相和B相差動(dòng)電流的二次諧波含量都大于閉鎖定制，而C相差動(dòng)電流的二次諧波含量低于閉鎖定值，因而差動(dòng)保護(hù)C相滿足動(dòng)作條件，保護(hù)發(fā)跳閘信號(hào)。

該站主變壓器采用了中壓末端，即中性點(diǎn)調(diào)壓的調(diào)壓方式，但自耦變壓器的高、中壓為公用中性點(diǎn)，采用中性點(diǎn)調(diào)壓時(shí)，各分接位置的匝電勢和鐵心磁通密度將發(fā)生變化，也就是變磁通調(diào)壓[2]。

當(dāng)異常情況出現(xiàn)后，對(duì)差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)的一次、二次設(shè)備進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常和故障痕跡，可以確定事故不是由變壓器內(nèi)部故障引起的。根據(jù)上述分析可知，此次事故的原因是：由于分接頭調(diào)整帶來的磁通變化，使變壓器的實(shí)際飽和磁通倍數(shù)降低，使得涌流的二次諧波含量降低，造成1#調(diào)壓補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

5 靜模試驗(yàn)與改進(jìn)

為了防止特高壓變壓器空投過程中差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，可以對(duì)1#調(diào)壓補(bǔ)償變保護(hù)1（SGT756）、1#調(diào)壓補(bǔ)償變保護(hù)2（RCS978C3）保護(hù)軟件分別進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)，具體如下：

對(duì)1#調(diào)壓補(bǔ)償變保護(hù)2（RCS978C3），為了防止特高壓變壓器空投過程中調(diào)壓變差電流二次諧波含量較低可能導(dǎo)致的調(diào)壓變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，保護(hù)軟件進(jìn)行如下修改：裝置檢測到變壓器空投的情況下，自適應(yīng)的投入200ms的循環(huán)閉鎖方式，200ms過后自動(dòng)切換回分相閉鎖方式。即：裝置突然通入電流，當(dāng)任兩相差流的二次諧波大于閉鎖定值時(shí)，則閉鎖200ms，200ms后按分相方式處理。升級(jí)后版本靜模測試結(jié)果如表1所示。

表1 靜模測試結(jié)果

從表1可以看出：1#調(diào)壓補(bǔ)償變保護(hù)2的勵(lì)磁涌流判據(jù)由分相閉鎖方式修改為兩相循環(huán)閉鎖和分相閉鎖前后結(jié)合的方式，能夠較準(zhǔn)確地區(qū)分變壓器的勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流，提高了保護(hù)的可靠性。

6 結(jié)語

論文詳細(xì)介紹了變壓器勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)，針對(duì)主變器空充跳閘的異常情況，結(jié)合勵(lì)磁涌流判據(jù)對(duì)其進(jìn)行了分析，并初步解釋了事故的原因，屬于1#調(diào)壓補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。從分析中也可以看出，兩套保護(hù)分別采用波形分析制動(dòng)和二次諧波制動(dòng)對(duì)勵(lì)磁涌流進(jìn)行識(shí)別取得了較好的效果，但也存在不足。最后針對(duì)該變電站設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，提出了防止變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的改進(jìn)措施。

【1】劉桂霞.變壓器勵(lì)磁涌流判據(jù)分析[J].電氣應(yīng)用.2008,27(22):48-51.

【2】張有才.自耦變壓器勵(lì)磁涌流新判據(jù)[J].變壓器.2013,50(12):44-47.

Analysis on Inrush Current of the Transformer and Its Criterion

LIU Guo-xing,SONG Bing,E Shi-ping
(State Grid Hubei Electric Power Maintenance Company,Wuhan430050,China)

The inrush current of the transformer under specific circumstances can lead to the wrong action of the differential protection,which brings a great security flaws to the electric power safety production.Characteristics of inrush current and its influence on differential protection,are described in detail.Based on a station site actual situation,the protective devices can distinguish the inrush current of the transformer from internal fault current more accurately through the improvement of protection criterion.The reliability of protection improves.

inrush current；differential protection；second harmonic escapement；waveform analysis brake；criterion

TM 41

A

1007-9467（2016）08-0085-02

2016-06-30

劉國興（1981～），男，湖北宜昌人，工程師，從事電網(wǎng)運(yùn)維檢修管理研究。